东昆仑东段益克郭勒侵入岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及其地质意义

郑振华，张勤山，何利，田滔，李生虎

1.青海省地质调查局，西宁 810008；2.青海省第五地质勘查院，西宁 810099

0 引言

东昆仑造山带是中国大陆中央造山带的重要组成部分，是青藏高原内部一条巨型岩浆岩带[1-2]，在悠久的地质历史中处于复杂构造环境下，构造岩浆热液活动频繁，尤其是晚古生代—中生代火山、岩浆活动十分强烈。前人将该时期东昆仑地区构造岩浆旋回划分为俯冲造山、碰撞-后碰撞造山和后造山3个阶段，多以报道俯冲造山阶段的研究为主[2-4], 后碰撞造山阶段作为东昆仑造山带构造岩浆演化的重要组成部分，鲜有报道[5-6]，结合前人研究资料[7-8]及本研究区后碰撞花岗岩地质特征，东昆仑后碰撞造山阶段具有持续时间短、形成的岩浆岩规模小(小岩体、岩株或岩脉)的特征，该造山阶段是阿尼玛卿洋盆向北俯冲作用结束后，俯冲板片发生剥离拆沉，使地幔岩石圈减压熔融，产生的镁铁质岩浆岩底侵下地壳和拆沉地壳部分发生熔融，形成酸性热熔体，沿大量张性构造侵入成岩[2，9-10]，上述认识的取得对研究区内成岩、成矿环境及作用具有十分重要的意义。大多数学者认为东昆仑造山带在晚三叠世早期才进入后碰撞造山环境[11-15]，而根据部分学者报道[16]的后碰撞花岗岩时代为中三叠世。因此，俯冲碰撞-后碰撞旋回的时限厘定有待商榷。

笔者在野外工作和对已有资料综合分析的基础上，对研究区侵入岩开展年代学、岩石地球化学等工作，探讨侵入岩的成岩时代、岩浆源区及其形成的构造背景, 以期提高工作区斑岩型矿床综合研究程度, 并为区域成矿规律和地质找矿提供依据。

1 区域成矿地质背景

研究区大地构造位置处于东昆中新元古代—早古生代缝合带(KZS)中(图1a)，该带为大陆边缘活动区[17]。成矿带属雪山峰—布尔汉布达华力西—印支期钴、金、铜、玉石(稀有、稀土)成矿带(Ⅲ13)[18]，矿床类型以矽卡岩型及热液型矿床最为常见，以铁铜、铁锡、铁多金属矿种为主，成矿作用与华力西—印支期中酸性岩浆侵入活动有关。地层属东昆仑南坡地层分区(图1b)；区域上有昆北、昆中、昆南3条区域性深大断裂及北巴颜喀拉断裂区域性大断裂[16,18-19]，致使研究区内构造呈多期次、复杂而强烈的特征，早期以一系列NW向、近EW向规模较大的压扭性逆断层为主，晚期为NE向及近SN向张性逆断层；岩浆岩带属于昆中花岗-变质杂岩带[3,19]。

1.第四系;2.晚三叠世闪长岩;3.晚三叠世石英碱长正长岩;4.中三叠世英云闪长斑岩;5.中三叠世花岗闪长斑岩;6.早三叠世花岗闪长岩;7.地质界线；8.超动型侵入接触界线;9.断层;10.新元古代—早古生代缝合带俯冲方向;11.晚古生代—早中生代缝合带俯冲方向;12.宗务隆山—兴海坳拉槽;13.柴北缘缝合带;14.柴达木中新生代后造山磨拉石前陆盆地;15.祁漫塔格山北坡—夏日哈新元古代—早古生代岩浆弧带;16.祁漫塔格—都兰新元古代—早古生代缝合带;17.东昆中岩浆弧带;18.昆仑山口—昌马河俯冲增生楔;19.东昆中新元古代—早古生代缝合带;20.东昆仑南坡俯冲碰撞杂岩带;21.鲸鱼湖—阿尼玛卿晚古生代—早中生代缝合带;22.研究区位置;23.同位素测年样品采集点及编号。图1 东昆仑东段益克郭勒地区地质简图Fig.1 Geological sketch map of Yikeguole area in eastern segment of East Kunlun

2 矿区地质概况

矿区位于都兰县巴隆乡以南约30 km处，成矿带属于伯喀里克—香日德 Au-Cu-Pb-Zn-Fe-Ni 石墨成矿亚带(Ⅳ-19)[17]。矿床类型以热液型和构造蚀变岩型矿床为主，岩金、铜、铅锌、铁是本成矿带重要的矿产。区内地层基本不发育，岩浆岩出露面积在95%以上，主要以中三叠世花岗闪长岩[2-4]岩基为主，以含大量闪长质包体为特征，局部出露岩株状英云闪长斑岩2处，面积分别为0.012 km2和0.025 km2；花岗闪长斑岩3处，面积分别为0.004 km2、0.004 km2和0.33 km2；石英碱长正长岩和闪长岩各1处，面积极小，约(10～20)m2±， 以及中酸性、基性岩脉[20]，反映了研究区内强烈的构造岩浆活动作用，3种岩石与早三叠世花岗闪长岩(围岩)呈超动型侵入接触或断层接触关系，基本沿NE向断裂构造边部产出，3种岩石之间在空间上无明显的接触。选取研究区内英云闪长斑岩、石英碱长正长岩及闪长岩进行年代学、岩石地球化学及构造环境、岩石成因等方面的研究。

3 岩相学特征

3.1 岩石学特征

英云闪长斑岩岩石由斑晶和基质两部分组成(图2)。斑晶42%：斜长石28%，石英10%，黑云母4%。基质58%：斜长石33%，石英18%，黑云母4%，角闪石假象2%，榍石微量，不透明矿物1%。斑晶为斜长石、石英和少量的黑云母，大小一般为0.153 mm×0.32 mm～1.60 mm×3.68 mm，其中斜长石呈半自形板状晶，中长石发育环带结构，具绢云母化和极轻微的绿帘石化，碳酸盐化蚀变环带中心部位蚀变较强；石英呈他形粒状晶，晶内裂纹多见，具明显的波状消光，少数石英具有明显的烘蚀现象；黑云母呈片状晶，多色性明显，Ng轴呈褐色，Np轴呈浅黄色，变应力作用解理略为弯曲，具明显的绿泥石化蚀变，并沿解理缝析出少许土状不透明矿物，在岩石中斑晶紊乱无定向分布。基质主要由微粒状石英、斜长石微晶和少量的黑云母和角闪石假象、榍石、不透明金属矿物等组成。其中石英呈他形粉状晶；斜长石呈细小板柱状晶，具轻微的绢云母化、帘石化蚀变；黑云母呈细粒片状晶，不均匀分布于长石、石英微粒之间；角闪石呈粒状或粒状假象晶，均被绿泥石、绿帘石和少量碳酸盐矿物集合体取代；榍石呈不规则粒状或粒状集合体，在岩石中零星可见。不透明金属矿物呈微粒状，量极少，在岩石中呈极稀疏星点状分布。

石英碱长正长岩岩石呈砖红色，具细粒半自形粒状结构，块状构造(图3)。岩石矿物主要由钾长石、斜长石、石英、黑云母、磷灰石及不透明金属矿物等组成。钾长石多呈他形粒状晶，为微斜条纹长石，具明显的碳酸盐化、黏土化蚀变。斜长石呈半自形板状晶，发育细密的聚片双晶矿物，主要为更长石，具明显的绢云母化、碳酸盐化蚀变，分布于钾长石、黑云母之间。石英呈他形粒状晶，晶内多见裂纹，具明显的波状消光，在岩石中呈充填状分布于斜长石之间并受间隙制约。黑云母呈片状晶，受应力作用，解理弯曲，具明显的绿泥石化、白云母化蚀变并沿解理析出粉末状不透明金属矿物，在岩石中不均匀分布。磷灰石呈细小针柱状晶，在岩石中多以包裹体状赋存于石英、斜长石晶体之中。不透明金属矿物多呈他形-半自形粒状晶，在岩石中呈稀疏星点状分布。

图2 英云闪长斑岩镜下图(正交偏光)Fig.2 Microphotograph of tonalite porphyry

图3 石英碱长正长岩镜下图(正交偏光)Fig.3 Microphotograph of quartz syenite

闪长岩岩石为浅灰绿色，细粒半自形粒状结构，块状构造(图4)，矿物主要由斜长石，暗色矿物和少量石英、钾长石、磷灰石、不透明金属矿物等组成，斜长石呈半自形粒状和他形粒状晶，粒径大小0.20 mm×0.32 mm～1.20 mm×2.0 mm，具绢云母化、碳酸盐化和轻微的绿泥石化、绿帘石化蚀变，由于蚀变，长石牌号不能确定，推测为更中长石，在岩石中斜长石总体呈杂乱分布，局部显示微弱的流动性，说明岩石所处位置在岩体边部。暗色矿物呈短柱状和他形粒状晶假象，晶内无原矿物残留，有的被绿泥石取代，有的被绿帘石取代，有的被绿泥石、绿帘石、碳酸盐矿物、绢云母集合体取代，并析出少许不透明矿物和次生榍石，暗色矿物大小一般为0.08～0.083 mm，以结晶形态来判断，应为角闪石的蚀变产物，在岩石内暗色矿物局部聚集，不均匀分布于斜长石之间。石英呈他形粒状晶，粒径大小为0.063～0.56 mm，部分呈集合体状，不均匀充填于斜长石间隙，多具波状消光，量相对较少。钾长石呈他形粒状晶，为条纹长石，具轻微的黏土化，碳酸盐化蚀变，在岩石中量极少，局部零星分布于斜长石和石英之间，粒径大小为>0.021 mm，磷灰石呈细小粒状晶，偶见于斜长石、石英中，以包裹体状分布，不透明金属矿物呈他形、半自形粒状晶，在岩石中呈星点状分布，大小一般为0.004～0.86 mm。

图4 闪长岩镜下图(单偏光)Fig.4 Microphotograph of diorite

3.2 岩石地球化学特征

采集新鲜的英云闪长斑岩、石英碱长正长岩及闪长岩样品，由天津地质调查中心分析测试，主量元素分析用X荧光光谱仪(XRF)，微量元素和稀土元素分析用质谱仪(Thermoelemental-X7)。主量元素分析精度(相对标准差)一般<1%，微量和稀土元素分析精度优于5%。

3.2.1 主量元素特征

岩石中SiO2含量高(54.65%～68.52%)，平均为63.12%；TiO2含量较低(0.31%～0.48%)，平均0.42%；MgO含量较高(0.83%～1.5%)，平均1.25%；Al2O3含量较高(14.76%～18.84%)，平均为16.51 %； ω(Na2O+K2O)为5.39%～7.34%，平均为6.46%； K2O/Na2O比值变化较大，为0.71%～1.43%，平均为1.01%；P2O5含量较低(0.1%～0.13%)，平均为0.12%；里特曼指数(σ)=1.25～3.96，σ<4, 碱度指数(AR)=1.73～2.27, 铝过饱和指数(A/CNK)=1.64～1.67,>1， 岩石为过铝质；固结指数(SI)=5.5～9.93，说明岩石分异程度整体较高，从闪长岩→英云闪长斑岩→石英碱长正长岩酸性程度也变高，表明岩石从钙碱性向碱性演化的特征(表1，图5)，属亚碱性系列过铝质中-高钾的钙碱性系列岩石[23]。

3.2.2 稀土元素特征

岩石中稀土总量(∑REE)为(336.29～406.13)×10-6，轻重稀土比值LREE/HREE为4.35～4.95，δEu值为0.9～1.37，(Ce/Yb)N值为9.24～11.32，(Ce/Yb)N值>1,岩石属轻稀土富集型。稀土元素配分图[24]中轻稀土元素部分呈明显的右倾斜，重稀土部分呈较平滑曲线，轻、重稀土分馏现象一般；Eu异常不明显，稀土总量高，轻、重稀土富集，说明原岩成分由花岗岩形成，δCe值0.87～0.92，<1，Ce呈较弱的亏损(表2,图6)。总体特征表明侵入岩为地壳重熔型花岗岩，岩浆源于下地壳物质的部分熔融[25]。

表1 侵入岩主量元素分析结果

a.侵入岩硅碱图解[21]; b.侵入岩铝饱和指数图解[22]; c.侵入岩ω(SiO2)-ω(K2O)图解[22]; d.侵入岩ω(TFeO)-ω(Na2O+K2O)-ω(MgO)图解[22]。图5 益克郭勒侵入岩氧化物图解Fig.5 Oxide diagrams of Yikeguole intrusive rocks

表2 侵入岩稀土元素含量及特征

图6 侵入岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图Fig.6 Chondrite normalized REE distribution patterns of intrusive rocks

3.2.3 微量元素特征

岩石中(表3,图7)富集大离子亲石元素Rb、Ba、K等，亏损高场强元素Nb、Ta，富集强不相容元素K、Rb、Ba、Th等；Nb、Ta元素明显亏损；弱不相容元素Y弱亏损，在洋中脊花岗岩(ORG)标准配分图中[26-27]，其特征表明3种岩石成因类型均为I型花岗岩。

图7 侵入岩微量元素蛛网图Fig.7 Trace element spider diagrams of intrusive rocks

上述岩石地球化学特征表明：益克郭勒侵入岩与埃达克质岩具有相似的地球化学特征[24-25]，ω(SiO2)≥56%， ω(Al2O3)≥15%， ω(Na2O)>ω(K2O), ω(Sr)为(343～691)×10-6， 远大于300×10-6；ω(Y) 为(13.4～15.6)×10-6， 远小于18×10-6； ω(Yb)为(1.38～1.55)×10-6， 远小于1.9×10-6, Sr/Y值为25.6～44.3， 远远大于20，(La/Yb)N为13.1～16.76。主量、微量元素图解与典型的埃达克质岩特征基本一致。在ω(YbN)-(La/Yb)N图解和ω(Y)-ω(Sr)/ω(Y)图解(图8a,b)中，样品投点位置落于埃达克质岩范围内,故益克郭勒侵入岩为埃达克质岩。

表3 侵入岩微量元素特征

图8 益克郭勒侵入岩ω(YbN)--(La/Yb)N图解(a)和ω(Y)--ω(Sr)/ ω(Y)图解(b)Fig.8 Diagrams of ω(YbN)--(La/Yb)N (a)and ω(Y)--ω(Sr)/ ω(Y)(b)for Yikeguole intrusive rocks

4 锆石U--Pb同位素测年

4.1 测年方法

为获取益克郭勒侵入岩体的形成时代，锆石U-Pb年龄样品采自益克郭勒侵入岩体的英云闪长斑岩(坐标为： 97°33′59″E， 35°46′39″N)、石英碱长正长岩(坐标为： 97°34′13″E， 35°46′21″N)和闪长岩(坐标为： 97°34′22″E， 35°46′26″N)。锆石由天津地质调查中心选矿室从新鲜岩石中分离获得。对选出的锆石用环氧树脂固定，抛光至锆石颗粒一半出露，然后进行LA-ICP-MS原位微量元素和同位素分析。采用安捷伦电感耦合等离子体质谱仪(Agilent 7700)，激光能量密度3 J/cm2，频率7 Hz，激光束直径为29 μm，采用193 nm准分子激光剥蚀系统(RESOlution LR)。微量元素和同位素的测定在一个点上同时完成，数据处理软件为ICPMSDATACAL10.8。 选择晶面光洁清晰、边部平直、发育的韵律环带明显、具核幔结构的锆石进行LA-ICP-MS分析，打点部位为内部纯净、无包裹体和裂隙的点，经打点测试Th/U值介于0.37～1.37之间(平均值为0.73,>0.4)，显示典型的岩浆锆石特征[28]。

4.2 测年结果

本次工作选择益克郭勒侵入体中的英云闪长斑岩(YKU-Pb1)、石英碱长正长岩(YKU-Pb2)及闪长岩(YKU-Pb3)样品进行锆石U-Pb测年。测试数据结果见表4～6。

英云闪长斑岩(YKU--Pb1)锆石均为晶形良好的长柱状(图9)，该样品共测点32个(图10a)，其中22和27号点年龄值偏大或偏小，且为单点，没有实际的地质意义，予以剔除；16、25、31和32号点，误差较大，谐和度太低，偏离整体趋势。所以这6个点反映的年龄信息不准确，予以剔除；其余26个点集中分布于谐和线上及其附近(表4，图 10b)，其206Pb/238U 年龄加权平均值为(230.9±1.1) Ma(n=26，置信度为 95%，MSWD=1.04)，代表英云闪长斑岩的成岩年龄。

图9 英云闪长斑岩代表性锆石的阴极发光(CL)图像Fig.9 CL images of representative zircons of tonalite porphyry

图10 英云闪长斑岩锆石U--Pb年龄谐和图Fig.10 Zircon U--Pb age concordia diagram of tonalite porphyry

石英碱长正长岩(YKU--Pb2)锆石均为晶形良好的长柱状(图11)，该样品共测点32个(图12a)，其中13、19和21号点误差大，置信度低；2,4,9,12,25,27-30号点206Pb/238U表面年龄加权平均值为(252.2 ±1.9)Ma(图12a)，年龄值数据点少，与整体谐和趋势有偏离且年龄值偏大，阴极发光图(图11)显示，部分有明显的增大边和碎裂现象，分析认为是早期的继承锆石，所以这12个点反映的年龄信息不作为本次样点岩石的成岩年龄，予以剔除；其余20个点集中分布于谐和线上(表5，图12b)，其206Pb/238U 年龄加权平均值为(222.9±1.3)Ma(n=20，置信度为 95%，MSWD=0.25)，代表石英碱长正长岩的成岩年龄。

图11 石英碱长正长岩代表性锆石的阴极发光(CL)图像Fig.11 CL images of representative zircons of quartz alkali feldspar syenite

闪长岩(YKU--Pb3)锆石均为晶形良好的长柱状(图13)。该样品共测点32个(图14a)，其中8和27号点误差大，置信度低，予以剔除；其余30个点集中分布于谐和线上(表6， 图14b)，其206Pb/238U 年龄加权平均值为(223.4±1.1)Ma(n=29，置信度为 95%，MSWD=0.75)，代表闪长岩的成岩年龄。

图12 石英碱长正长岩锆石U--Pb年龄谐和图Fig.12 Zircon U--Pb age concordia diagram of quartz alkali feldspar syenite

图13 闪长岩代表性锆石的阴极发光(CL)图像Fig.13 CL images of representative zircons of diorite

图14 闪长岩锆石U--Pb年龄谐和图Fig.14 Zircon U--Pb age concordia diagram of diorite

通过以上分析，笔者将(230.9±1.1) Ma 、(222.9 ±1.3)Ma和(223.4 ±1.1)Ma解释为岩体的侵位年龄，即为晚三叠世。

5 花岗岩成因及构造环境

5.1 花岗岩成因

前人研究[2-12]认为：东昆仑造山带在230～200 Ma期间岩浆岩具A型花岗岩和埃达克质岩浆岩特征，岩浆岩向着高钾钙碱性-钾玄岩系列演化，具有后碰撞岩浆岩特征。益克郭勒侵入体具有较高的Sr/Y和La/Yb比值、较低的Y和HREE含量，Al2O3/(FeOT+MgO+TiO2)、(Na2O+K2O)/(FeOT+MgO+TiO2)等值较低，指示岩浆可能来源于下地壳物质的部分熔融。特征矿物为黑云母、角闪石，其中黑云母含量为3%～4%；副矿物为磷灰石、锆石、榍石及不透明矿物等；镜下斜长石发育环带结构，并发育有磷灰石，表明岩石经历了多期次的岩浆演化；从英云闪长斑岩→石英碱长正长岩→闪长岩氧化物含量略有降低，稀土元素总含量明显增加；微量元素Nb和Ta相对亏损， Ce和Sm与相邻元素比含量相对较高，分析岩浆来源应主要为新生下地壳物质部分熔融的产物，具埃达克质岩岩石地球化学特征。

晚三叠世早期，东昆仑岩石圈地幔发生拆沉，引起软流圈地幔热熔体上升，开始进入后碰撞的阶段(图15)，底侵的幔源岩浆熔融陆壳物质，形成酸性热熔体，沿张性构造上侵，形成了益克郭勒侵入岩体。

图15 东昆仑构造岩浆演化示意图Fig.15 Schematic diagram of tectono-magmatic evolution of East Kunlun

5.2 构造环境

东昆仑从晚古生代—早中生代广泛发育与古特提斯洋演化有关的构造岩浆演化，根据前人研究资料，在277～245 Ma、245～240 Ma 和230～200 Ma时岩浆活动分别对应古特提斯演化的俯冲阶段、同碰撞阶段和后碰撞阶段。所以，东昆仑地区在～230 Ma时地壳处于增厚状态，该时期岩浆成岩作用与加厚下地壳关系密切[14]，多形成俯冲碰撞型花岗岩类。在230 Ma之后，俯冲、同碰撞造山结束，向板内伸展构造环境转换，东昆仑地区进入后碰撞造山阶段[2-14]。

益克郭勒侵入岩体为埃达克质岩，形成时间为230.9～222.9 Ma，是底侵的幔源岩浆熔融加厚下地壳物质形成的，作为碰撞后拉伸环境的典型标志，构造判别图都具有后碰撞花岗岩的特征(图16)。笔者认为，益克郭勒侵入岩产于后碰撞造山环境的依据，佐证了古特提洋于230 Ma时已经闭合，进入板内伸展构造环境。

岩石硅酸盐常量元素分析数据显示，益克郭勒侵入岩具钙碱性向碱性演化的特征，具埃达克质岩岩石地球化学特征，稀土元素特征显示，岩石为中-高钾钙碱性岩，属I型花岗岩，岩石构造判别图解(图16)投点落在后碰撞区域。综合分析认为，益克郭勒侵入岩形成于后碰撞环境。

ORG.洋中脊花岗岩；post-COLG.后碰撞花岗岩；VAG.火山弧花岗岩；WPG.板内花岗岩；Syn-COLG.同碰撞花岗岩。图16 花岗岩构造环境判别图Fig.16 Discrimination diagrams of tectonic setting of granite

6 结论

(1)东昆仑东段益克郭勒侵入岩的岩石地球化学特征表明，岩石属过铝质的中-高钾钙碱性花岗岩类，由钙碱性向碱性演化，并具埃达克质岩岩石地球化学的特征。

(2)LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明，东昆仑东段益克郭勒侵入岩体的年龄为(230.9±1.1)Ma、(222.9±1.3)Ma和(223.4±1.1)Ma，代表该岩体的成岩年龄，表明其形成时代为晚三叠世早期。

(3)东昆仑东段益克郭勒侵入岩形成于后碰撞造山环境，为幔源岩浆底侵熔融部分下地壳物质形成的I型花岗岩。